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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Beleuchtungseinrichtung.
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Derartige Beleuchtungseinrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden dazu verwendet, bei Kraftfahrzeugen unterschiedliche Beleuchtungsarten der Fahrbahn zu erreichen (z.B. Fernlicht, Stadtlicht, Kurvenlicht etc.). Die
US 4,985,816 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Lichtquelle und einer Flüssigkristall-Blende. Die Flüssigkristall-Blende funktioniert nach einem Prinzip, das von Flüssigkristallanzeigen (LCDs) bekannt ist. Vor und hinter einem Flüssigkristallelement sind um 90° zueinander verdrehte Polarisationsfilter angeordnet. Die Polarisationsfilter haben die Eigenschaft, dass sie Licht mit einer bestimmten linearen Polarisationsrichtung transmittieren. Der übrige Anteil des Lichts wird von ihnen absorbiert.
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An das Flüssigkristallelement kann eine elektrische Spannung angelegt werden. Bei nicht angelegter Spannung dreht das Flüssigkristallelement die Polarisation von einfallendem Licht um 90° oder 270°. Bei angelegter Spannung dreht das Flüssigkristallelement die Polarisation des Lichts nicht. Bei Anordnung des Flüssigkristallelements zwischen zwei Polarisatoren wird auf diese Weise eine Flüssigkristall-Blende geschaffen. Das Licht der Lichtquelle kann somit durch die Flüssigkristall-Blende hindurch leuchten, wenn keine Spannung an das Flüssigkristallelement angelegt ist. Bei angelegter Spannung tritt kein Licht durch die Blende hindurch. Durch eine parallele Ausrichtung der Polarisationsfilter kann auch eine umgekehrte Funktionsweise erreicht werden, sodass das Licht bei an dem Flüssigkristallelement angelegter Spannung durch die Blende hindurch strahlt.
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Bei der Flüssigkristall-Blende ist nur ungefähr die Hälfte des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts nutzbar. Der Rest wird von einem der Polarisationsfilter absorbiert.
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Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung mit einem besseren Kontrastverhältnis und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Beleuchtungseinrichtung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch die Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 1 und durch das Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Beleuchtungseinrichtung umfasst zumindest eine Lichtquelle und einen ersten polarisierenden Strahlteiler. Die Lichtquelle ist dazu ausgebildet, Licht zu emittieren, das den ersten polarisierenden Strahlteiler erreicht. Als Lichtquelle kann beispielsweise eine LED oder eine Laser-Diode verwendet werden. Der polarisierende Strahlteiler ist dazu ausgebildet, einen ersten Lichtteil des von der Lichtquelle emittierten Lichts mit einer ersten linearen Polarisation zu transmittieren und einen zweiten Lichtteil des von der Lichtquelle emittierten Lichts zu reflektieren. Der zweite Lichtteil weist dabei zumindest überwiegend eine zweite lineare Polarisation auf, die von der ersten linearen Polarisation verschieden ist. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass der Anteil von Licht mit der zweiten linearen Polarisation am zweiten Lichtteil zumindest 90%, vorzugsweise zumindest 95%, beträgt. Der zweite Lichtteil weist aufgrund von Fresnelreflexionen von Licht mit der ersten linearen Polarisation am ersten polarisierenden Strahlteiler in einem geringen Maß Licht mit der ersten linearen Polarisation auf. Die erste lineare Polarisation kann insbesondere senkrecht zur zweiten linearen Polarisation sein.
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Die Beleuchtungseinrichtung kann einen zweiten polarisierenden Strahlteiler umfassen, der so angeordnet ist, dass der zweite Lichtteil den zweiten polarisierenden Strahlteiler erreicht und Licht mit der zweiten linearen Polarisation durch den zweiten polarisierenden Strahlteiler reflektiert und Licht mit der ersten linearen Polarisation transmittiert wird. Diese Anordnung des zweiten polarisierenden Strahlteilers hat den Vorteil, dass das vom zweiten polarisierenden Strahlteiler reflektierte Licht ausschließlich die zweite lineare Polarisation aufweist.
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Es werden somit zwei Lichtstrahlen erzeugt, die senkrecht zueinander linear polarisiert sind. Diese können durch weitere Bauteile der Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung der Fahrbahn vor dem Fahrzeug verwendet werden. Durch die geeignete Anordnung eines schaltbaren Mittels zur Polarisationsdrehung und eines oder mehrerer Polarisationsfilter können beide Lichtstrahlen zur Beleuchtung einer vor dem Kraftfahrzeug liegenden Fahrbahn verwendet werden oder von der Fahrbahn abgeschottet werden. Je nach Schaltung des Mittels zur Polarisationsdrehung kann also ein dunkler oder ein besonders heller Fleck auf der Fahrbahn erreicht werden. Durch Zusammenschaltung mehrerer solcher Anordnungen lässt sich eine Beleuchtungseinrichtung mit einem besonders hohen Kontrastverhältnis schaffen. Der Unterschied zwischen hellen und dunklen Bereich ist dann besonders hoch.
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Das Mittel zur Polarisationsdrehung kann beispielsweise ein Flüssigkristallelement sein. Dies kann zwischen einem aktiven Zustand und einem inaktiven Zustand hin und her geschaltet werden. Im aktiven Zustand erfolgt eine Drehung der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts, vorzugsweise um 90° oder um 270°, während im inaktiven Zustand eine solche Drehung nicht erfolgt.
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Sowohl der erste als auch der zweite polarisierende Strahlteiler können als Drahtgitterpolarisatoren ausgebildet sein.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Beleuchtungseinrichtung ein Mittel zur Polarisationsdrehung und ein Polarisationsfiltermittel. Die Beleuchtungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, dass der erste Lichtteil und der Anteil des zweiten Lichtteils mit der zweiten linearen Polarisation das Mittel zur Polarisationsdrehung vor dem Polarisationsfiltermittel erreichen und dass der Anteil des zweiten Lichtteils mit der zweiten linearen Polarisation den zweiten polarisierenden Strahlteiler vor dem Mittel zur Polarisationsdrehung erreicht.
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Auf diese Weise wird erreicht, dass je nach Schaltung des Mittels zur Polarisationsdrehung das Licht entweder zu einem hohen Anteil die Fahrbahn erreicht oder die Fahrbahn gar nicht erreicht. Bei Beleuchtung der Fahrbahn steht das gesamte von der Lichtquelle emittierte Licht mit Ausnahme des vom zweiten polarisierenden Strahlteiler transmittierten Licht zur Verfügung, während bei einer Dunkelschaltung kein Licht die Fahrbahn erreicht.
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Das Mittel zur Polarisationsdrehung kann zweigeteilt sein oder zwei Bereiche aufweisen, die unabhängig voneinander in den aktiven oder in den inaktiven Zustand geschaltet werden können, sodass nach Transmission durch das Mittel zur Polarisationsdrehung die beiden Lichtstrahlen dieselbe lineare Polarisation aufweisen können. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Polarisationsfiltermittel zweigeteilt sein oder zwei Bereiche aufweisen. In diesem Fall kann beispielsweise ein erster Bereich des Polarisationsfiltermittels Licht mit der ersten linearen Polarisation transmittieren, während ein zweiter Bereich des Polarisationsfiltermittels Licht mit der zweiten linearen Polarisation transmittiert.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der zweite polarisierende Strahlteiler so angeordnet sein, dass das von ihm reflektierte Licht das Mittel zur Polarisationsdrehung erreicht.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Beleuchtungseinrichtung zumindest ein Spiegelmittel umfassen, das den ersten Lichtteil reflektiert, bevor er das Mittel zur Polarisationsdrehung erreicht. Das Spiegelmittel kann beispielsweise eine Spiegelfläche aufweisen, die beispielsweise mehr als 90% des einfallenden Lichts reflektiert. Die Umlenkung des ersten Lichtteils durch das Spiegelmittel hat insbesondere den Vorteil, dass der Lichtweg des ersten Lichtteils verlängert wird. Der Anteil des zweiten Lichtteils mit der zweiten Polarisation wird, bevor er das Mittel zur Polarisationsdrehung erreicht, durch den zweiten polarisierenden Strahlteiler reflektiert. Es ist allerdings vorteilhaft, wenn beide auf die Straße gelangenden Lichtstrahlen einen ähnlichen langen Lichtweg zurücklegen, da in der Praxis häufig eine Strahlaufweitung erfolgt. Wenn nun beide Lichtwege ähnlich lang sind, liegt für beide Strahlengänge eine ähnliche Strahlaufweitung vor, sodass ein ähnlich großer Bereich auf der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug beleuchtet wird. Bei Überlagerung der beiden Strahlengänge auf der Fahrbahn entsteht somit ein sehr heller Bereich, der sich scharf von einem benachbarten dunklen Bereich abgrenzt. Wenn der Lichtweg des Anteils des zweiten Lichtteils mit der zweiten Polarisation länger ist als der Lichtweg des ersten Lichtteils, entsteht auf der Fahrbahn ein ähnlich heller Bereich, der sich allerdings nicht so scharf von der dunklen Umgebung abgrenzt, da es einen Übergangsbereich gibt, in dem aufgrund der größeren Strahlaufweitung nur der Anteil des zweiten Lichtteils mit der zweiten Polarisation die Fahrbahn erreicht.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Beleuchtungseinrichtung ein weiteres Spiegelmittel umfassen, das den ersten Lichtteil reflektiert, bevor er das Mittel zur Polarisationsdrehung erreicht. Da der Anteil des zweiten Lichtteils mit der zweiten Polarisation sowohl durch den ersten als auch durch den zweiten polarisierenden Strahlteiler reflektiert wird, lässt sich durch das zweite Spiegelmittel die Länge der Strahlengänge weiter angleichen. Es ist insbesondere möglich, dass sowohl das erste als auch das zweite Spiegelmittel in einem Winkel von etwa 45° relativ zum ersten Lichtteil angeordnet sind.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der erste polarisierende Strahlteiler in einem Winkel von etwa 45° zum von der Lichtquelle emittieren Licht angeordnet sein. Bei dieser Anordnung kann als erster polarisierender Strahlteiler ein Drahtgitterpolarisator verwendet werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Beleuchtungseinrichtung zumindest ein Fokussiermittel aufweisen, das dazu ausgebildet ist, den ersten Lichtteil und den Anteil des zweiten Lichtteils mit der zweiten linearen Polarisation auf einer Projektionsfläche zu überlagern. Die Projektionsfläche kann beispielsweise die vor dem Kraftfahrzeug liegende Fahrbahn sein. Durch eine solche Fokussierung wird ein besonders heller Bereich geschaffen, der sich – bei entsprechender Schaltung der Beleuchtungseinrichtungen, falls mehrere Lichtquellen vorgesehen sind – relativ scharfkantig von einem benachbarten dunklen Bereich abgrenzt. Das Kontrastverhältnis der Beleuchtungseinrichtung ist somit besonders hoch.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Mittel zur Polarisationsdrehung in einen aktiven und in einen inaktiven Zustand schaltbar sein. Das Mittel zur Polarisationsdrehung kann außerdem dazu ausgebildet sein, im aktiven Zustand eine lineare Polarisation einfallenden Lichts zu drehen und im inaktiven Zustand eine lineare Polarisation einfallenden Lichts nicht zu drehen. Auf diese Weise kann die Polarisation des Lichts einfach gesteuert werden. In Kombination mit dem Polarisationsfiltermittel kann zwischen einem Zustand, in dem die Fahrbahn beleuchtet wird, und einem Zustand, in dem das von der Lichtquelle emittierte Licht von der Fahrbahn abgeschottet wird, hin und her geschaltet werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Polarisationsfiltermittel ein erstes und ein zweites Polarisationsfilterelement umfassen. Das erste Polarisationsfilterelement kann Licht mit der ersten linearen Polarisation transmittieren, während das zweite Polarisationselement Licht mit der zweiten linearen Polarisation transmittieren kann.
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Anhand der beigefügten Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Bauteile und für Bauteile mit gleichen oder ähnlichen Funktionen dieselben Bezugszeichen verwendet. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung.
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Die Beleuchtungseinrichtung umfasst eine Lichtquelle 100, einen ersten polarisierenden Strahlteiler 102, einen zweiten polarisierenden Strahlteiler 105, ein erstes Spiegelmittel 108 und ein zweites Spiegelmittel 109. Die Lichtquelle 100 emittiert Licht 101, das nicht linear polarisiert ist. Dieses trifft in einem Winkel von etwa 45° auf den ersten polarisierenden Strahlteiler 102, der das Licht 101 in einen ersten Lichtteil 103 und einen zweiten Lichtteil 104 aufteilt. Der erste Lichtteil 103 wird durch den ersten polarisierenden Strahlteiler 102 transmittiert, während der zweite Lichtteil 104 vom ersten polarisierenden Strahlteiler 102 reflektiert wird. Der erste Lichtteil 103 weist dabei eine erste lineare Polarisation auf, während der zweite Lichtteil 104 überwiegend eine zweite lineare Polarisation aufweist, die senkrecht zur ersten linearen Polarisation ausgerichtet ist.
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Aufgrund von Fresnelreflexionen weist der zweite Lichtteil 104 einen geringen Anteil 107 an Licht mit der ersten linearen Polarisation auf. Dieser Anteil 107 wird durch den zweiten polarisierenden Strahlteiler 105 vom Anteil 106 mit der zweiten linearen Polarisation getrennt. Der Anteil 107 mit der ersten linearen Polarisation wird vom zweiten polarisierenden Strahlteiler 105 transmittiert, während der Anteil 106 mit der zweiten linearen Polarisation vom zweiten polarisierenden Strahlteiler 105 reflektiert wird. Lediglich dieser Anteil 106 mit der zweiten linearen Polarisation wird zur Beleuchtung einer Fahrbahn vor einem Kraftfahrzeug verwendet. Der Anteil 107 mit der ersten linearen Polarisation gelangt nicht zur Fahrbahn.
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Der erste Lichtteil 103 wird durch die beiden Spiegelmittel 108 und 109 jeweils reflektiert, wodurch sich der Lichtweg verlängert. Dies ist vorteilhaft, um die Länge des Lichtwegs des ersten Lichtteils 103 an die Länge des Lichtwegs des Anteils 106 des zweiten Lichtteils 104 mit der zweiten Polarisation anzupassen. Aufgrund der Strahlaufweitung wird dann ein Bereich auf der vor dem Kraftfahrzeug liegenden Fahrbahn durch den ersten Lichtteil 103 und den Anteil 106 des zweiten Lichtteils 104 mit der zweiten linearen Polarisation beleuchtet. Ein Bereich, der nur durch den Anteil 106 des zweiten Lichtteils 104 mit der zweiten linearen Polarisation beleuchtet wird, existiert nicht oder ist äußerst klein. So entsteht ein scharf abgegrenzter heller Bereich und der Kontrast zwischen dunklen und hellen Bereichen wird erhöht.
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In der Figur ist nicht dargestellt, dass der Anteil 106 des zweiten Lichtteils 104 mit der zweiten Polarisation und der erste Lichtteil 103 mittels eines Mittels zur Polarisationsdrehung und eines Polarisationsfiltermittels zur Fahrbahn geleitet oder von der Fahrbahn abgeschottet werden können.
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Die Verwendung des zweiten polarisierenden Strahlteilers 105 ist besonders vorteilhaft, um den Anteil 106 des zweiten Lichtteils 104 mit der zweiten linearen Polarisation zu erhalten. Es wird also der Anteil 107 mit der ersten linearen Polarisation ausgefiltert. So kann der Anteil 106 komplett von der Fahrbahn abgeschottet oder komplett zur Fahrbahn geleitet werden. Dies erhöht den Kontrast zwischen den beiden Zuständen. Wenn der Anteil 107 noch zum Mittel zur Polarisationsdrehung und zum Polarisationsfiltermittel gelangen würde, würde er auf die Fahrbahn gelangen, wenn eigentlich eine Abschottung erfolgen sollte. Dann wäre ein heller Bereich auf der Fahrbahn vorhanden, der eigentlich dunkel sein soll.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Lichtquelle
- 101
- Licht
- 102
- Erster polarisierender Strahlteiler
- 103
- Erster Lichtteil
- 104
- Zweiter Lichtteil
- 105
- Zweiter polarisierender Strahlteiler
- 106
- Anteil des zweiten Lichtteils mit zweiter linearer Polarisation
- 107
- Anteil des zweiten Lichtteils mit erster linearer Polarisation
- 108
- Spiegelmittel
- 109
- Spiegelmittel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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